[發明專利]晶圓盒夾持裝置及晶圓清洗機

有效

• 申請號: 202010073040.4
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111244022B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 李廣義
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/687
• 分類號: H01L21/687;H01L21/67
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本申請涉及晶圓盒夾持裝置及晶圓清洗機。該夾持裝置包括底板、支撐組件、夾持桿、夾持手臂、運動軌跡筒、推板和動力機構，其中：兩個夾持桿通過支撐組件可轉動地安裝于底板上；至少一對夾持手臂分別安裝于夾持桿上，與夾持桿同軸轉動；兩個運動軌跡筒分別安裝于兩個夾持桿上，運動軌跡筒與夾持桿同軸轉動，運動軌跡筒上設有導向槽，導向槽與運動軌跡筒的軸線不平行；動力機構與推板連接，推板的兩端分別插入導向槽中，動力機構驅動推板移動，以帶動運動軌跡筒和夾持桿轉動，進而帶動夾持手臂轉動。上述夾持裝置結構簡單、易實現，制造成本低，可靠性高，而且無復位元件，通過動力機構和運動軌跡筒的設計，可以避免對晶圓造成損傷。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，特別涉及一種晶圓盒夾持裝置及包括該晶圓盒夾持裝置的晶圓清洗機。

背景技術

半導體器件生產中，晶圓(例如硅片)須經嚴格清洗，因為往往微量污染就會導致器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質，包括有機物和無機物。這些雜質有的以原子狀態或離子狀態，有的以薄膜形式或顆粒形式存在于晶圓表面。可采用純水、酸性、堿性液體等對晶圓進行清洗。

當前，在芯片制造工藝中，晶圓清洗次數約占整個芯片制造工藝次數的三分之一。晶圓清洗方式主要有單片清洗和多片清洗，其中多片清洗是將晶圓裝入晶圓盒(例如cassette，也稱為花籃)，整體放入清洗槽中，通過化學藥液的作用，將晶圓表面的顆粒等雜質去除。

傳統的作業方式中，先由插片機將晶圓插入晶圓盒中，然后需要人工將承載晶圓的晶圓盒放入清洗槽中，再執行清洗工藝；而在清洗工藝結束后，依然由人工將晶圓盒搬出。整個過程中，人工連續不斷的搬運晶圓盒，不僅勞動強度大，效率低，而且由于清洗中大多為腐蝕性的化學藥液，使操作人員始終暴露在不安全的環境中，操作人員的人身安全存在巨大隱患。因此自動化的清洗作業顯得尤為重要，希望通過機械化手段將晶圓盒放入清洗槽，并在清洗工藝結束后，通過機械化手段搬出晶圓盒。

在申請號為201611219672.7的專利中，公開了一種自動夾取裝置。可參見圖1，該裝置設置兩個平行夾持桿D1-2，兩個平行夾持桿D1-2間設有推力氣缸D1-7，工作時，氣缸D1-7帶動其頂部的滑移板D1-6前后運動，在復位件D1-10和夾持桿D1-2上滾動件D1-5的作用下，實現夾持桿D1-2的夾持動作。該裝置不僅實現起來較為復雜，生產成本也較高。另外，在腐蝕環境下，一旦復位件失效，會對整藍硅片造成不可挽回的損傷。

在申請號為201520647784.7的專利中，公開了一種平移式晶圓盒機構夾持機械手。圖2為該裝置完全放開晶圓盒時的結構示意圖，圖3為夾持晶圓盒時的結構示意圖。該裝置設置兩個夾持機械臂D2-5，機械臂D2-5由滑動臂和夾緊臂組成，滑動臂與夾緊臂通過一個擺動傳感器連接，兩個機械臂D2-5間設有兩個行程不一樣的氣缸D2-6，且氣缸D2-6的端部與機械臂D2-5的滑動臂連接，滑動臂上設有嵌入到導軌D2-2內的滑塊，工作時，氣缸D2-6帶動其機械臂D2-5沿導軌D2-2方向移動，可實現晶圓盒的夾持動作。該裝置是在氣缸、導軌、帶輪、同步帶和傳感器等相互配合下完成的夾持動作，不僅實現起來較為復雜，生產成本也較高。

在申請號為201220219707.8的專利中，公開了一種半導體清洗設備中的機械手夾持機構。圖4為該裝置的結構示意圖，圖5為該裝置松開晶圓盒的狀態示意圖，圖6為該裝置加緊晶圓盒的狀態示意圖。該裝置設置兩個平行的旋轉軸D3-1，兩個旋轉軸D3-1間設有正反轉電機D3-6，工作時，通過電機D3-6的正反轉來實現兩個平行旋轉軸D3-1的夾持動作，從而實現晶圓盒D3-4的夾持。該裝置未對電機與夾持桿的連接形式作說明，而且其電機控制較為復雜，夾緊力較弱，也未對電機突然斷電的情況進行說明。

發明內容

本申請的目的是提供一種結構簡單、成本低并且無需額外復位件、具有高可靠性的夾持裝置。本申請還提供了包括該夾持裝置的半導體清洗機。

本申請一方面提出晶圓盒夾持裝置，包括底板、支撐組件、夾持桿、夾持手臂、運動軌跡筒、推板和動力機構，其中：